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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur dreidimensionalen
Verteilung von Licht in einem flüssigen
Medium, wie einer Algensuspension, und/oder zur Erzeugung von Biomasse,
insbesondere zur Verwandlung von Kohlendioxid in Biomasse.
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Die
vorliegende Erfindung befaßt
sich insbesondere mit der Nachahmung der Photosynthese zur Bindung
von Kohlendioxid. Es ist bekannt, hierzu eine Algensuspension zu
beleuchten, um das Wachstum der Algen anzuregen. Die Algen verbrauchen
Kohlendioxid zum Wachstum und zur Bildung von Biomasse. Um möglichst
alle Algen in der Algensuspension mit Licht und Kohlendioxid zu
versorgen, kann die Algensuspension sehr stark umgewälzt und/oder
die Oberfläche
der Algensuspension möglichst
groß gestaltet
werden. Dies kann jedoch anlagenmäßig und/oder verfahrenstechnisch
bzw. energetisch aufwendig sein.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung
zur dreidimensionalen Verteilung von Licht in einem flüssigen Medium,
wie einer Algensuspension, und/oder zur Erzeugung von Biomasse bzw.
zur Verwandlung von Kohlendioxid in Biomasse anzugeben, wobei ein
einfacher Aufbau, ein einfacher, kostengünstiger und/oder energiesparender
Verfahrensablauf und/oder eine hohe Effektivität ermöglicht wird bzw. werden.
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Die
obige Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine
grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung liegt darin, lichtleitende
Fasern zur Zuleitung des Lichts zu verwenden. Dieses Faserkonzept
führt insbesondere
zu zwei Vorteilen.
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Der
Transport von Licht zu dem flüssigen Medium
kann über
größere Längen, beispielsweise von
einigen 100 m, erfolgen. So ist es beispielsweise möglich, Lichtkollektoren
oder -sammler, wie Kollektorspiegel, zur Konzentration von Sonnenlicht
einzusetzen, um größere Mengen
von Licht zu sammeln und dem flüssigen
Medium zuzuleiten.
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Weiter
gestatten die Fasern eine dreidimensionale Beleuchtung des flüssigen Mediums,
also eine dreidimensionale Verteilung des Lichts in dem flüssigen Medium.
Das Licht wird also in verschiedene Raumbereiche, insbesondere Tiefen,
innerhalb des Mediums verteilt.
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Die
dreidimensionale Verteilung des Lichts bzw. Beleuchtung des Mediums
erfolgt also im Gegensatz zu der bisher üblichen zumindest im wesentlichen
zweidimensionalen Beleuchtung von einer Oberfläche oder Seite her nun tatsächlich dreidimensional
und damit mit wesentlich verbesserter Verteilung und Effektivität.
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Zur
dreidimensionalen Verteilung des Lichts ist gemäß einer Ausführungsvariante
vorgesehen, daß die
Fasern in verschiedenen Raumbereichen, insbesondere Tiefen, vorzugsweise
vertikal versetzt, in dem flüssigen
Medium enden. So kann eine insbesondere baumartige bzw. optimale
Verteilung des Lichts in dem flüssigen
Medium in einem gewünschten
räumlichen
Beleuchtungsbereich erreicht werden.
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Eine
weitere, auch alternativ oder unabhängig realisiserbare Ausführungsvariante
sieht vor, daß das
Licht mittels Gasblasen in dem flüssigen Medium dreidimensional
verteilt wird. Die Zuführung
des Gases und des Lichts erfolgt vorzugsweise gleichzeitig über Hohlfasern.
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Eine
vorschlagsgemäße Verwendung
der Anordnung bzw. des Verfahrens zeichnen sich dadurch aus, daß ein flüssiges Medium
mit Algen, wie eine Algensuspension, verwendet wird, wobei Licht in
dem Medium dreidimensional verteilt wird und wobei Kohlendioxid
in Form von Gasblasen in das Medium eingeleitet wird, um das Wachstum
und/oder die Vermehrung der Algen anzuregen und dadurch Biomasse
zu bilden. So kann eine sehr effektive Bildung von Biomasse und/oder
Bindung von Kohlendioxid erfolgen.
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Weitere
Aspekte, Vorteile und Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
anhand der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer vorschlagsgemäßen Anordnung gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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2 eine
schematische Darstellung einer vorschlagsgemäßen Anordnung gemäß einer
zweiten Ausführungsform;
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3 einen
schematischen, nicht maßstabsgerechten
Schnitt einer lichtleitenden Faser der Anordnung gemäß 2;
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4 einen
schematischen, nicht maßstabsgerechten
Schnitt einer anderen lichtleitenden Faser der Anordnung gemäß 2;
und
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5 eine
schematische Darstellung einer vorschlagsgemäßen Anordnung gemäß einer
dritten Ausführungsform.
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In
den Figuren werden für
gleiche oder ähnliche
Komponenten, Bauteile und dgl. die gleichen Bezugszeichen verwenden.
Insbesondere ergeben sich entsprechende oder vergleichbare Vorteile,
auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist.
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1 zeigt
in einer schematischen, nicht maßstabsgerechten Darstellung
eine vorschlagsgemäße Anordnung 1 gemäß einer
ersten Ausführungsform.
Die Anordnung 1 dient der dreidimensionalen Verteilung
von Licht 2 (schematisch in 1 angedeutet)
in einem flüssigen
Medium 3.
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Bei
dem Medium 3 handelt es sich insbesondere um eine Suspension
oder dergleichen. Dementsprechend ist der Begriff "flüssig" in einem weiten Sinne
zu verstehen, so daß insbesondere
Suspensionen, Dispersionen oder sonstige Gemische oder Stoffe mit
flüssigen
Phasen oder Anteilen umfaßt sind.
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Das
Medium 3 ist vorzugsweise photoaktiv und/oder biologisch
aktiv. Insbesondere kann in dem Medium 3 eine Photosynthese
oder eine sonstige Licht 2 benötigende Reaktion ablaufen.
Insbesondere enthält
das Medium 3 hierzu eine biologisch aktive Spezies, insbesondere
Algen, sonstige Bakterien oder dergleichen.
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Insbesondere
ist das Medium 3 wäßrig bzw. enthält Wasser
und/oder stark lichtbestreuend.
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Besonders
bevorzugt wird eine Algensuspension als Medium 3 eingesetzt.
Insbesondere enthält
das Medium 3 eine Algenmischkultur, die vorzugsweise zumindest
in ähnlicher
Form in Flüssen, Teichen
oder dergleichen vorkommt. Derartige Mischkulturen sind nämlich besonders
resistent gegen Umwelteinflüsse,
Krankheiten und/oder sonstige Störungen.
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Da
die Anordnung 1 vorzugsweise mit Algen bzw. mit einer Algensuspension
als Medium 3 eingesetzt wird, wird der folgenden Beschreibung
primär auf
das durch das eingeleitete Licht 2 induzierte Algenwachstum
abgestellt. Jedoch gelten diese Ausführungen entsprechend auch für sonstige
Spezies oder photo- bzw. bioaktive Medien 3.
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Die
Anordnung 1 weist lichtleitende Fasern 4 zur Zuleitung
des Lichts 2 auf. Bei der ersten Ausführungsform enden mehrere oder
alle Fasern 4 in verschiedenen Raumbereichen, insbesondere
zumindest teilweise in unterschiedlichen Tiefen und/oder Vertikalebenen,
in dem Medium 3. Dies gestattet eine dreidimensionale Verteilung
des Lichts 2 in dem Medium 3, wie in 1 beispielhaft,
nur schematisch angedeutet.
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Vorzugsweise
sind die Fasern 4 flexibel. Jedoch können grundsätzlich auch starre lichtleitende Stäbe – zumindest
abschnittsweise und/oder am Austrittsende ins Medium 3 – eingesetzt
werden.
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Besonders
bevorzugt enden die Fasern 4 in verschiedenen Ebenen innerhalb
des Mediums 3. Jedoch können
die Fasern 4 auch alle unterschiedlich oder unregelmäßig enden.
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Ausgehend
von einem Bündel
(Hauptbündel) 5 von
Fasern 4 erfolgt insbesondere eine Verzweigung oder Verästelung
in Einzelbündel 6 und/oder
Einzelfa sern 4, wie in 1 beispielhaft
angedeutet. Um eine optimale Verteilung des Lichts 2 in dem
Medium 3 zu erreichen, enden die Fasern 4 vorzugsweise
einzeln, also separat voneinander in dem Medium 3. Jedoch
können
auch mehrere Fasern 4 zusammen, beispielsweise als Einzelbündel 5,
in dem Medium 3 enden.
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Das
Licht tritt zumindest im wesentlichen oder ausschließlich am
Ende der jeweiligen Faser 4 aus und beleuchtet das Medium 3 im
jeweiligen Raumbereich, wie durch Striche in 1 angedeutet.
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Je
nach Biegung bzw. Krümmung,
Material, Oberfläche,
Oberflächenaufrauhung
oder dergleichen können
die Fasern 4 auch mehr oder weniger Licht seitlich entlang
der jeweiligen Faser 4 abgeben. Auch so kann eine optimierte
dreidimensionale Verteilung von Licht 2 in dem Medium 3 erfolgen.
Bei entsprechender Ausgestaltung der Fasern 4 ist es sogar möglich, daß zumindest
im wesentlichen das Gesamtlicht bereits über die im Medium 3 verlaufenden Längen der
jeweiligen Faser 4 seitlich abgegeben wird und gegebenenfalls
nur noch ein verhältnismäßig geringer
Anteil am Ende der jeweiligen Faser 4 in das Medium 3 abgestrahlt
wird. In diesem Fall verlaufen die Fasern 4 vorzugsweise
im wesentlichen über längere Strecken
parallel zueinander oder beispielsweise gewendelt oder mäanderförmig durch
das Medium 3 und können
gegebenenfalls sogar alle in einer Ebene oder Tiefe in dem Medium 3 enden.
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Versuche
haben gezeigt, daß die
Lichtaustrittsflächen – insbesondere
also die Enden – der
Fasern 4 von den Algen nicht besiedelt werden. Dementsprechend
ist keine übermäßige Reinigung
oder Befreiung von Algen erforderlich. Vielmehr ergibt sich ein
selbstorganisierendes System, das möglichst effizient das eingeleitete
Licht 2 zum Algenwachstum ausnutzt.
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Die
Fasern 4 können
lose in das Medium 3 eintauchen bzw. in dieses hineinhängen, gegebenenfalls
auch als Bündel 5 oder 6,
die sich dann insbesondere verzweigen.
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Vorzugsweise
weist die Anordnung 1 insbesondere gitter- oder stangenartige
Halterungen 7 in dem Medium 3 auf, die insbesondere
in verschiedenen Ebe nen oder Tiefen angeordnet sind, um die Fasern 4 bzw.
Bündel 5, 6 zu
halten oder zu führen.
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Besonders
bevorzugt bilden die Halterungen 7 Zwischenböden in einem
Behälter
oder Tank 8 mit dem Medium 3, um die Fasern 4 oder
Bündel 5 oder 6 in
verschiedenen Raumbereichen innerhalb des Mediums 3 enden
zu lassen.
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Bedarfsweise
können
die Fasern 4 bzw. Bündel 5, 6 zumindest
in Endbereichen im Medium 3, insbesondere durch eine Strömung des
Mediums 3, beweglich sein.
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Die
Zuführung
oder Einleitung der Fasern 4 bzw. Bündel 5/6 erfolgt
vorzugsweise von oben, beim Ausführungsbeispiel
durch eine obere Halterung oder Abdeckung 9 oder dergleichen.
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Die
Fasern 4 bzw. Bündel 5/6 erstrecken
sich vorzugsweise zumindest im wesentlichen vertikal von oben nach
unten im Medium 3. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft,
wenn die Dichte der Fasern 4 größer als die Dichte des Mediums 3 ist,
diese also nicht aufschwimmen.
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Jedoch
ist es grundsätzlich
auch möglich, daß sich die
Fasern 4 bzw. Bündel 5/6 von
unten nach oben in das Medium 3 und/oder auf sonstige Weise – beispielsweise
quer – in
das Medium 3 erstrecken oder zumindest abschnittsweise
derart geführt
sind.
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Die
Fasern 4 bestehen vorzugsweise aus Kunststoff, Glas oder
einem sonstigen zur Lichtleitung geeigneten Material oder Aufbau.
Insbesondere können
auch Verbundwerkstoffe oder Verbundaufbauten, beispielsweise mit
Beschichtungen, verwendet werden.
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Alternativ – also auch
unabhängig – oder zusätzlich zu
der dreidimensionalen Verteilung des Lichts 2 im Medium 3 durch
die Fasern 4 gestatten die Fasern 4 bzw. Bündel 5/6 eine
optimierte Zuführung
des Lichts 2.
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Beim
Darstellungsbeispiel wird vorzugsweise Sonnenlicht zur Beleuchtung
des Mediums 3 bzw. der Algen eingesetzt, auch wenn grundsätzlich jedes sonstige
Licht verwendet werden kann. In diesem Zusammenhang ist anzumerken,
daß der
Begriff "Licht" vorzugsweise in
einem weiten Sinne dahingehend zu verstehen ist, daß nicht
nur sichtbares Licht, sondern beispielsweise alternativ oder zusätzlich auch
Infrarot-Licht und/oder ultraviolettes Licht entsprechend dem Medium 3 zugeführt werden
kann. Generell kann die Energiezuführung über die Fasern 4 des Medium 3 auch
anderen Zwecken als der beim Darstellungsbeispiel vorgesehenen Photosynthese und/oder
Anregung des biologischen Wachstums und/oder der Umwandlung von
Kohlendioxid in Biomasse dienen.
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Die
Anordnung 1 weist vorzugsweise eine Lichtsammeleinrichtung,
insbesondere einen Kollektorspiegel 10, zum Auffangen von
Sonnenlicht auf, wie in 1 schematisch dargestellt. Das
aufgefangene Sonnenlicht oder sonstiges Licht von einer sonstigen
Beleuchtungseinrichtung kann dann über die Fasern 4 bzw.
insbesondere ein Bündel 5 oder 6 zu
dem Behälter
bzw. Tank 8 mit dem Medium 3 mit insbesondere
sehr geringen Verlusten geleitet werden. Insbesondere sind so Zuleitungen
von mehreren 100 m möglich.
Dies ist insbesondere bei großem Lichtbedarf
sehr vorteilhaft, da entsprechend große Flächen, Lichtsammeleinrichtungen
oder dergleichen erforderlich sind und/oder entsprechende bauliche Gegebenheiten
berücksichtigt
werden müssen und/oder
können.
Insbesondere ist es so möglich, den
Behälter
bzw. Tank 8 mit dem Medium 3 in einem nicht dargestellten
Gebäude
oder dergleichen unterzubringen und beispielsweise trotzdem Sonnenlicht zur
Beleuchtung einzusetzen.
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Die
Anordnung 1 weist vorzugsweise eine Einrichtung 11 zur
Einleitung von Gas, das insbesondere Kohlendioxid enthält oder
daraus besteht, auf. Beispielsweise kann Rauchgas, Klärgas, Faulgas, Luft
oder dergleichen eingeleitet werden. Beim Darstellungsbeispiel weist
die Einrichtung 11 insbesondere einen Boden, ein Sieb 12 oder
ein sonstiges geeignetes Einleitungsmittel auf, um das Gas insbesondere
in Form von Gasblasen 13 in das Medium 3 einzuleiten
bzw. abzugeben, wie in 1 schematisch angedeutet.
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Die
Gaszuleitung oder -einleitung erfolgt insbesondere bodenseitig und/oder
in einer gewissen Tiefe, vorzugsweise von mindestens 5 bis 6 m,
um einen gu ten Gasaustausch bzw. eine gute Versorgung des Mediums 3 und
damit der Algen mit dem Gas zu ermöglichen.
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Bedarfsweise
wird das Gas oberhalb des Mediums 3 – beim Darstellungsbeispiel
beispielsweise oberhalb der Abdeckung 9 oder innerhalb
des Behälters
bzw. Tanks 8 abgesaugt und wieder über die Einrichtung 11 zugeleitet,
also rezirkuliert, um eine besonders gute Ausnutzung bzw. einen
besonders guten Abbau des Gases, insbesondere des Kohlendioxids,
zu erreichen.
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Nachfolgend
wird eine zweite Ausführungsform
der vorschlagsgemäßen Anordnung 1 und
des Verfahrens zur dreidimensionalen Verteilung von Licht in dem
Medium 3 und/oder zur Erzeugung von Biomasse anhand des
Schemas gemäß 2 näher erläutert. Insbesondere
werden nur wesentliche Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform beschrieben,
so daß die
bisherigen Ausführungen und
Erläuterungen
insbesondere entsprechend oder ergänzend gelten.
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Bei
der ersten Ausführungsform
verzweigen sich die Fasern 4 bzw. Bündel 5, 6 insbesondere
baumartig, um das Licht 2 in verschiedenen Raumbereichen
innerhalb des Mediums 3 – also dreidimensional – in dem
Medium 3 zu verteilen. Bei der zweiten Ausführungsform
ist alternativ oder ergänzend
vorgesehen, daß das
Licht über
Gasblasen 13 eingeleitet und insbesondere dreidimensional
in dem Medium 3 verteilt wird. Die Einleitung bzw. Erzeugung
der Gasblasen 13 erfolgt vorzugsweise über hohle Fasern 4,
kann aber auch auf sonstige Weise erfolgen.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
sind die Fasern 4 zur Zuleitung des Lichts 2 vorzugsweise
zumindest abschnittsweise und/oder teilweise hohl ausgebildet, um
nicht nur das Licht 2, sondern auch das Gas gleichzeitig
zuführen
zu können.
Insbesondere erfolgt eine Lichtleitung im Mantel der hohlen Fasern 4,
die in 2 schematisch, nicht maßstabsgerecht angedeutet sind.
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Beim
Einleiten des Gases in das Medium 3 bilden sich die Gasblasen 13.
Die Gasblasen 13 weisen vorzugsweise anfänglich eine
Größe von im
wesentlichen 1 bis 10 μm,
insbesondere 2 bis 5 μm,
auf. Bei dieser Größe bilden
die Gasblasen 13 besonders geeignete Resonanzkörper für das aufzunehmende Licht.
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Die
hohlen Fasern 4 geben gleichzeitig das Licht an ihren Enden
in den Bereichen ab, in denen die Gasblasen 13 gebildet
werden. So können
die Gasblasen 13 quasi mit Licht 2 "gefüllt" werden. Es wird
eine Art Nebel oder Wolke leuchtender Gasblasen 13 erzeugt.
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Die
leuchtenden Gasblasen 13 – beispielhaft ist eine leuchtende
Gasblase 13 in einer Ausschnittsvergrößerung in 2 dargestellt – wandern
durch das Medium 3 nach oben. Hierbei werden die Gasblasen 13 aufgrund
des abnehmenden Flüssigkeitsdrucks
tendenziell größer. Andererseits
kann sich das Gas im Medium 3 lösen bzw. von den Algen oder dergleichen
aufgenommen werden, so daß die
Gasblasen 13 dementsprechend tendenziell kleiner werden.
Diese beiden Effekte können
sich gegebenenfalls etwa kompensieren, so daß die Größe der Gasblasen 13 zumindest
weitgehend gleichbleibt.
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Um
die gewünschte
Gasblasengröße zu erreichen
bzw. deren Bildung zumindest zu unterstützen, erfolgt die Einleitung
des Gases vorzugsweise in einer Tiefe von etwa 3 bis 50 m, vorzugsweise
5 bis 10 m, in das Medium 3.
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Die
Einleitung des Gases erfolgt wiederum wie bei der ersten Ausführungsform
vorzugsweise bodenseitig bzw. von unten.
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Zur
Formung der Gasblasen 13 bzw. Manipulation der Größen der
Gasblasen 13 kann bedarfsweise ein Sieb 12 oder
dergleichen eingesetzt werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die gewünschte
Gasblasengröße sehr
einfach durch entsprechende Wahl des Innendurchmessers der hohlen
Fasern 4 beeinflußt
werden.
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3 und 4 zeigen
beispielhaft zwei mögliche,
unterschiedliche Querschnitte der hohlen Fasern 4, jeweils
in schematischer, nicht maßstabsgerechter
Darstellung.
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Bei
der Ausführungsvariante
gemäß 3 handelt
es sich um eine sogenannte Band-Gap-Faser. Die Gasführung erfolgt
vorzugsweise ausschließlich über den
Innen- bzw. Zentralkanal 14, bedarfsweise jedoch auch über die
weiteren peripheren Hohlkanäle 15 dieser
Faser 4. In diesem Fall erfolgt die Lichtleitung dann nur
im Mantel der Faser 4.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die Lichtleitung über
die peripheren Hohlkanäle 15 erfolgen.
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4 zeigt
eine "herkömmliche" Hohlfaser 4.
Die Gaszuführung
erfolgt hier über
den Zentralkanal 14. Die Lichtleitung erfolgt im Mantel
der Faser 4.
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Um
die gewünschte
Gasblasengröße zu erreichen,
beträgt
der Innendurchmesser I der hohlen Fasern 4 bzw. Zentralkanäle 14 vorzugsweise
höchsten
10 μm, insbesondere
im wesentlichen 5 bis 9 μm.
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Die
Anordnung 1 bzw. Einrichtung 11 weist beim Darstellungsbeispiel
vorzugsweise eine Zuführeinrichtung 16 insbesondere
mit einem unter Gasdruck stehendem Gehäuse auf, um das Gas in die hohlen
Fasern 4 einzuleiten und das Licht 2 in die Fasern 4 einzukoppeln.
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Das
Gas wird beispielsweise über
eine Pumpe 17 oder dergleichen zugeführt und tritt insbesondere
stirnseitig in die Kanäle 14 bzw. 15 ein.
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Das
Licht 2 wird beispielsweise über lichtleitende Fasern 4 bzw.
ein Faserbündel 6 oder
dergleichen – insbesondere
wiederum von einer Lichtsammeleinrichtung, wie dem in 2 nur
schematisch angedeuteten Kollektorspiegel 10 oder von einer sonstigen
Beleuchtungseinrichtung oder dergleichen – zugeführt bzw. zugeleitet. 2 zeigt
die Ankopplung nur sehr schematisch. Insbesondere wird das Licht
stirnseitig in die Anfänge
der hohlen Fasern 4 eingeleitet.
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Dem
Behälter
oder Tank 8 bzw. dem Medium 3 ist vorzugsweise
eine Umwälzeinrichtung,
wie eine Umwälzpumpe 18,
ein Rührwerk
oder dergleichen, zugeordnet. So kann eine ausreichende und insbesondere
das Wachstum fördernde
Bewegung des Mediums 3 bzw. der Algensuspension sichergestellt werden.
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5 zeigt
in einer schematischen Darstellung eine dritte Ausführungsform
der vorschlagsgemäßen Anordnung 1 bzw.
Einrichtung 11. Hier erfolgt die Erzeugung und Einleitung
der Gasblasen 13 vorzugsweise über ein Gitter, ein Sieb 12 einen
Lochboden oder dgl. Insbesondere kann es sich auch um einen Zwischenboden
handeln. So können
die bei der zweiten Ausführungsform
aufgrund der hohlen Fasern 4 auftretenden Druckverluste
bei der Zuführung des
Gases vermieden oder zumindest minimiert werden.
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Bei
der zweiten und dritten Ausführungsform erfolgt
insbesondere die Lichteinkopplung in die Gasblasen 13 dadurch,
daß das
Gas durch kleine Löcher oder
Kanäle
in einem optisch transparenten bzw. lichtleitenden Material geleitet
wird und beim Austritt die Gasblasen 13 bildet und Licht 2 aufnimmt.
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Besonders
bevorzugt ist das Sieb 12 bzw. der Lochboden aus einer
Platte, und/oder transparentem Material vorzugsweise Kunststoff,
insbesondere mit einer Dicke von etwa 3 bis 10 mm, hergestellt.
Die Platte weist vorzugsweise eine Vielzahl kleiner Löcher mit
einem Durchmesser von höchstens
50 μm auf.
Das Gas tritt durch diese Löcher
hindurch in das Medium 3 ein. Die Beleuchtung erfolgt vorzugsweise
durch das transparente Plattenmaterial und/oder gasseitig. Über die
Länge der
Löcher bzw.
Bohrungen – also über die
Dicke der Platte – werden
quasi "hohle Lichtwellenleiter" mit dem strömenden Gas
als Innenraum und der Bodenplatte als optischem Mantel gebildet.
So können
die entstehenden Gasblasen 13 optisch an das Lichtfeld
bzw. Licht 2 ankoppeln bzw. umgekehrt kann so das Licht 2 von den
Gasblasen 13 aufgenommen werden.
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Bei
der dritten Ausführungsform
gelten ansonsten die Erläuterungen
und Anmerkungen zur zweiten Ausführungsform
insbesondere entsprechend oder ergänzend. Insbesondere kann wieder ein
Kollektorspiegel 10 oder jede sonstige geeignete Beleuchtungseinrichtung
zur Zuleitung von Licht – optional
wieder über
Faserbündel 6 oder
dgl. – eingesetzt
werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann das Licht 2 jedoch auch auf sonstige Art und Weise,
insbesondere ggf. auch seitlich, in die optisch lichtdurchlässige bzw.
transparente Platte mit den Löchern, über die das
Gas in das Medium 3 zur Bildung der Gasblasen 13 eingeleitet
wird, angekoppelt werden.
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Bei
der dritten Ausführungsform
können
bedarfsweise auch zusätzlich
an einigen Stellen des Bodens Rohre oder sonstige Vorsprünge, Verlängerungen
oder dgl., beispielsweise mit einer Länge von etwa 1 bis 2 m, angebracht
werden oder nach oben abragen bzw. vorspringen bzw. angeschlossen
sein, in denen Lichtleitkabel geführt werden. Die Stirnfläche dieser
Rohre kann dann beispielsweise mit einer Lochkonstruktion bzw. einem
Aufbau, wie die Bodenplatte ausgebildet werden. So kann die Begasung und
Belichtung des Reaktorvolumens bzw. des Mediums 3 vergleichmäßigt werden.
Alternativ oder zusätzlich
können
auch mehrere Zwischenböden,
die entsprechend der zweiten oder dritten Ausführungsform ausgebildet sind
und beispielsweise in unterschiedlichen Höhen bzw. Tiefen angeordnet
oder versetzt werden, eingesetzt werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsvariante werden
wesentlich kleinere Gasblasen 13 gebildet. Der anfängliche
Durchmesser der Gasblasen 13 beträgt beispielsweise 0,1 bis 10 μm, vorzugsweise
weniger als 1 μm,
insbesondere im wesentlichen 0,2 bis 0,6 μm.
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Derartig
kleine Gasblasen 13 können
insbesondere durch Einleitung in einer entsprechenden Tiefe, beispielsweise
etwa 50 m oder mehr, in das Medium 3 erfolgen. Alternativ
oder zusätzlich
kann das Medium 3 auch unter Druck gesetzt werden.
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Besonders
bevorzugt erfolgt die Einleitung des Gases bei einem Druck des Mediums 3 von
etwa 50 bis 800 kPa. Besonders bevorzugt beträgt der Druck des Mediums 3,
bei dem das Gas eingeleitet wird, mindestens etwa 500 kPa und mehr,
um sehr kleine Gasblasen 13 zu bilden.
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Aufgrund
der geringen Größe der Gasblasen 13 ist
es möglich,
diese durch direkte Belichtung mit Licht, insbesondere Sonnenlicht,
zu Resonanzabsorption anzuregen, so daß das Licht beim Aufsteigen
der Gasblasen 13 ins Reaktorin nere bzw. nach oben durch
das Medium 3 transportiert wird. Die Belichtung der Gasblasen 13 kann
insbesondere wieder über
Lichtleitfasern 4 und/oder auf sonstige Art und Weise erfolgen.
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Es
ist anzumerken, daß die
Gasblasen 13 Resonatoren für das eingestrahlte Licht 2 bilden
können.
Die Resonanzfrequenzen hängen
von dem Durchmesser der Gasblasen 13 ab. Um nicht nur monochromatisches
Licht aufnehmen zu können,
werden vorzugsweise Gasblasen 13 mit unterschiedlichen
Durchmessern, insbesondere mit einem das zugeführte Lichtspektrum abdeckenden
Durchmesserspektrum, erzeugt.
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Bei
den beschriebenen Ausführungsformen kann
die Photosynthese mittels einer technischen Einrichtung nachgeahmt
werden, nämlich
aus Kohlendioxid und Wasser unter Einwirkung von Licht Biomasse
bzw. CH2O-enthaltene Verbindungen und Sauerstoff
zu erzeugen. Dementsprechend kann die vorschlagsgemäße Anordnung 1 auch
als Bioreaktor, insbesondere als faseroptischer Photo-Bioreaktor
arbeiten bzw. bezeichnet werden.
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Besonders
bevorzugt wird Sonnenlicht verwendet, das insbesondere mittels Konzentratoren, Kollektorspiegeln 10 oder
dergleichen gesammelt und dem Medium 3 zugeleitet und insbesondere
in dieses eingeleitet wird, wie bereits anhand der beiden Ausführungsformen
erläutert.
Alternativ oder zusätzlich
kann das Sonnenlicht auch durch ein Netz von Fluoreszenzfasern gesammelt
werden.
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Das
konzentrierte Sonnenlicht oder sonstiges Licht wird vorzugsweise
in optische Lichtleitfasern – bei
der vorliegenden Erfindung kurz als 4 bezeichnet – eingespeist
und insbesondere in Form eines Bündels 5/6 dem
Bioreaktor, hier also dem Behälter
bzw. Tank 8 mit dem Medium 3, zugeleitet.
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Besonders
bevorzugt kann die Algensuspension im gesamten Reaktorvolumen, also
im gesamten Behälter 8,
mittels der Fasertechnik beleuchtet werden. Insbesondere erfolgt
dies dadurch, daß die Fasern 4 in
unterschiedlichen Raumbereichen im Behälter 8 enden bzw.
sich verzweigen, wie anhand der ersten Ausführungsform erläutert. Alternativ
oder zusätzlich
kann die räumliche
Verteilung des Lichts 2 in dem Medium 3 auch mittels
Gasblasen 13, insbe sondere durch einen Nebel aus leuchtenden
Bläschen erfolgen,
wie anhand der zweiten Ausführungsform erläutert.
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Damit
wird eine dreidimensionale Beleuchtung erreicht. Bei herkömmlicher
Beleuchtung von einer Seite bzw. zumindest im wesentlichen nur aus
einer Ebene wird wegen der hohen Schwächungskonstante der Algensuspension
hingegen nur eine Zone von wenigen mm Eindringtiefe erreicht.
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Wie
bereits erläutert,
kommt den Lichtleitfasern bei der vorliegenden Erfindung eine zweifache Bedeutung
zu. Die einzelnen Effekte können
auch unabhängig
voneinander eingesetzt bzw. ausgenutzt werden.
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Erstens
dienen die Fasern 2 einem effektiven Lichttransport über große Längen. Bei
großen
anfallenden Kohlendioxidmengen, wie bei einem Kohlekraftwerk, wird
sehr viel Licht zur Kohlendioxid-Bindung benötigt. Das erfordert entsprechend
große Flächen zum
Sammeln des Sonnenlichts mit entsprechend langen Transportwegen
von über
einigen 100 m.
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Zweitens
dienen die Lichtleitfasern 4 der Ausleuchtung eines dreidimensionalen
Volumens im Behälter 4.
Dies erfolgt durch die vorzugsweise baumartige Verzweigung und/oder
mittels der Gasblasen 13.
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Diesen
Prinzipien machen die Anordnung 1 bzw. den Bioreaktor skalierbar.
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Die
beschriebene Erfindung soll helfen, das Kohlendioxidproblem zu lösen. Insbesondere
sind die vorschlagsgemäße Anordnung 1 und
das vorschlagsgemäße Verfahren
zum Abbau von Kohlendioxid aus dem Rauchgas fossiler Kraftwerke
geeignet.
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Zum
Abbau von Kohlendioxid aus Rauchgas kann das Rauchgas gegebenenfalls
einfach von unten in den Behälter 8 eingeblasen
werden, wie bei den beiden Ausführungsformen
angedeutet.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß nicht
nur Kohlendioxid abgebaut bzw. gebunden werden kann, sondern daß die erzeug te
Biomasse auch als Rohmaterial für
Brennstoff, Bioethanol, Biodiesel oder dergleichen verwendet werden
kann.
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Die
starke Streuung des Mediums 3 unterstützt eine zumindest weitgehend
gleichmäßige oder vollständige Ausleuchtung
des Mediums 3 bzw. des Behälters 8.
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Es
ist anzumerken, daß von
dem Sonnenlicht bedarfsweise der IR-Anteil abgetrennt, und beispielsweise
für sonstige
Zwecke, insbesondere zur Trocknung der erzeugten Biomasse, wie der
Algen, oder dergleichen, eingesetzt werden kann.
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Wie
bereits erwähnt,
kann zusätzlich
oder alternativ zu der Aussendung des Lichts an den Faserenden auch
eine seitliche Abstrahlung erfolgen. Dies kann insbesondere durch
entsprechend starke Krümmung
der Fasern 4 erreicht werden. Bedarfsweise können die
Fasern 4 dementsprechend auch stark gekrümmt, insbesondere
gewendelt, in dem Medium 3 geführt sein oder verlaufen.
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Es
werden eine Anordnung und ein Verfahren zur dreidimensionalen Verteilung
von Licht in einem flüssigen
Medium, wie einer Algensuspension, und/oder zur Erzeugung von Biomasse
vorgeschlagen. Licht, insbesondere Sonnenlicht, wird mittels Lichtleitfasern
in einen Behälter
mit dem Medium geleitet. Das Licht wird dreidimensional im Behälter verteilt.
Hierzu enden die Fasern in verschiedenen Raumbereichen innerhalb
des Behälters.
Alternativ oder zusätzlich
wird das Licht über
das Blasen eingeleitet, wobei das Gas insbesondere über hohle
Lichtleitfasern zugeführt
wird.
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Einzelne
Merkmale und Aspekte der erläuterten
Ausführungsformen
und -varianten können auch
beliebig miteinander kombiniert und/oder bei sonstigen Anordnungen
oder Verfahren eingesetzt werden.